中海油钻井在线实时监测与决策系统建设

第20卷第4期重庆科技学院学报（自然科学版)2018年8月中海油钻井在线实时监测与决策系统建设岳家平刘书杰耿亚杨谢仁军(中海油研究总院，北京100028)摘要:针对海上钻完井作业风险高、非生产时间长、安全事故频发等问题，中海油将现代信息技术与钻完井工程紧 密结合，以海上钻完井作业参数为基础，采用远程数据在线实时传输技术、钻完井作业动态模拟与诊断技术及事故 处理决策技术相结合的方式，研发建成了钻井在线实时监测与决策系统。

现场应用结果表明-该系统实现了钻井作 业实时监测、诊断与辅助决策，使海上钻井复杂事故总体下降了约200，提高了作业效率，降低了钻完作业成本。

关键词!钻井；信息技术；决策；实时诊断中图分类号:TE 319文献标识码:A由于作业环境的特殊性，海洋钻完井作业远离 陆地，风险较高。

传统的钻完井数据传输模式及专 家现场技术支持方式存在时效性差、技术方案无法 预演等缺点，无法完全满足日益增长的钻完井作业 需求。

因此，海上钻完井作业面临诸多挑战，主要体 现在以下几个方面-(1)随着钻完井作业量的迅速增加，钻完井技术队伍和人才资源紧缺，无法在每个作业点进行现 场指导。

钻完井作业中存在复杂事故发现不及时、 现场情况了解不全面、处理措施不当等问题。

(2)海上钻完井面临深水、深井、高温和高压等复杂井钻井的挑战。

目前还难以实现钻前模拟、作 业过程监测诊断、事故处理措施预演等全过程的技 术保障支持，难以保证重点难点井的作业安全。

(3)若要实现钻井作业效率的提高，不仅需要多种理论指导，更需要对钻井过程中产生的大量数 据资料进行实时传输、保存及分析处理，形成规律 性的认识，不断完善和优化钻井工艺技术。

目前 的井 据传输及 理技法 全一需求。

近年来，现代信息技术在钻井工程中的应用越 来越广泛，比如随钻测量工具、钻井工程及风险控制 软件等设计都是以现代信息技术为核心技术[1]。

面 对海上钻完井的诸多挑战，中海油（中国海洋石油 有限公司）在信息技术和钻井技术相结合的基础文章编号：1673 -1980(2018)04 -0033 -04上，建立了一套完善可靠的钻井在线实时监测与决 策系统，以加强钻完井作业技术支持和专业化管理， 提高作业效率，降低作业风险和成本，最终提升企业 竞争力。

1海上钻井在线实时监测与决策系统的建 设内容1$ 系统建设概况国外石油公司早已将信息技术大量地应用到钻 井指挥与决策中，一些著名石油公司已实现了一体 化的数据管理和决策支持信息系统。

自1995年开 始，国内中国石油大学、胜利油田钻井院等单位也开 展了钻井数据采集、处理及远程在线控制等研究工 作[2-7]。

2005年中海油完成了钻完井数据库，并从 2012年开始一直着手钻井在线辅助决策系统的研 究与建设。

2015年该系统正式上线运行，实现了国点的井监测 诊 、 井程模拟，从而有效减少了作业事故，缩短了非生产时。

针对目前海上钻完井作业数据实时传输难、无 法设计预演、难以实现远程技术支持等问题，系统利 用卫星、微波、光缆实现国内外海上平台间及平台与 陆地海量钻完井作业数据的实时传输、共享、保存， 并利用中心服务器中的钻完井作业动态模拟器、诊 断预测及情景假设模型对数据进行实时高效处理，收稿日期:2018 -04 -03基金项目：国家科技重大专项“海外重点油气田开发钻采关键技术”（2017ZX 05032 -04) 作者简介:岳家平（1986 —），男，硕士，工程师，研究方向为钻井工程。

岳家平，等：中海油钻井在线实时监测与决策系统建设最后反馈给任意作业点、技术支持中心、分公司及总 部，现钻井 的在线 监测 策。

1.2钻井在线实时监测与决策系统的构成及功能井在线监测 策系统是以 井业务需求、提高 、保障 全、降 为目的。

该系统利用可视化技术、仿真模拟等技 ‘数据实现可视 多维表达，并且通 智能化分析模型，为井施工提辅 策信息，提高井生产 ，减 杂井 故，降 井成本，累重要的经验。

该系统主要 监测系统、设计 策系统 监 诊断系统构成。

1.2.1在线实时监测系统在线 监测系统可实现现场远程数据交换，并设置 井 的预警值，以便在出现 情况时发出有效的警告。

专家可以在远程终端 监测和分析现场传输的钻井数据，及时发现 情况，制定 方案。

现 据采集系统 集到的钻井、录井、固井、设备、地层信息、测井、天气等 传输到中服务器，经 据处理 传输到Web服务器。

钻井工程师和专家可以方便地利用I E浏览器访问 W P服务器上的 据，不受地域 的限制。

井在线 监测系统具 特点-(1)可实时传输现 据，并对其进行图示;通 I浏览 行快捷访问，上传到陆地 据库仅需3 s。

(2)可设定 报警值，通 报警进行现场提示，以减 杂情况的发生，处理复杂井况，缩短非生产 。

(3)可利用系统自带和自定义的计算模型，实现ECD(电子获检测器"、比能、岩滑移速度等 计算，并根据模型显示的数据趋势为现场提 指导，提高 。

(4)可实现 据和历 据的 、，便 井 据进行分析及指 期井。

()"多井分析，对比多口井的作业效率和钻井 参数，指 优化。

利用该系统，不但可以实现钻井作业的实时监 测 警，还可 井 据进行统计、分析、对比，快速 现 动态、优井 、减 井 ，提高 井 、降 井 。

1.2.2设计预演与决策系统设计 策系统的核心模块是集 井模。

其核心模型为温度、压 的钻井水动力学模型，模型包括地层压 测模型、速优化模型、井稳定模型、动模型、摩模型、地质模型、地 模型等。

模 可在钻前设计阶段、程 特定 情 行钻井动态模拟，以便预知钻井方案 井 程中的不足。

模 的模 包括以下2个方面-(1)前设计 故处理 模 。

井方案 杂 故处理方案 行 模 ，包括能泥浆、井 构、固井方案、井 、限、井控等的模 优化，提高钻井设计质量和故处理 。

(2)模 。

在 井 程 ，利用 井 数据进行钻井过程 压、大 、井 ECD、摩等关键参数的动态模拟，估钻井质量，用 井过程预测和诊断。

1.2.3 实时监控与诊断系统监 诊断系统主要 监 据井动态模 果进行 分析，并信息展现出来。

据动态模果出现偏差时，系统 井过程进行监 诊断，并提示钻井 。

图1所示为钻井 诊 辅助决策系统构架。

图1钻井实时诊断与辅助决策系统构架，通 模 井 程 行监 优化，并 模 据通过三维虚拟井筒显示出来。

现 情 ，系统将呼叫、提 井现场。

虚井筒为钻井理者共 策提供信息支持。

图2所示为某井3D虚拟井筒模 果。

岳家平，等：中海油钻井在线实时监测与决策系统建设图$某井3D虚拟井筒模拟结果利用钻井 诊 辅 策系统，可动态模井过程，监 诊 井过程中可能发生的复杂事故，并为钻井优 故处理提 策支持。

该系统 提高设计质 井复杂事故识别、处理能力，降 井 ，提高钻井 ，节约钻井 。

2钻井在线实时监测与决策系统的应用2.1系统应用概况自2015年井在线实时监测与决策系统上线以来，该系统已在国 油田300多口井得到了应用。

利用该系统，为大位移、高温高压等重点难点井的设计、及故处理提供全过程技术支持，实现了钻前模拟，钻井 在线监控、诊 辅助策全过程在线技术支持。

应用果表明，该系统的 用 井复杂事故降低了 ！〇0左右，提高了发现和处理复杂事故的能力，节约了钻完井费用。

2.2典型应用案例(1)监 诊断。

X1井为大位移井，作业中在 1! V4”井段（3 750 % 3 600 m)戈^。

图3所示为钻井 监测对比结果。

监测结果显示:在15-43，测井泵压由9 M Pa突然增大至 9.82 MPa;在15-44,扭矩由18 kN •m突然增大至 28.04 kN.m。

现 测泵压 突然偏离了系统 模拟计 ，系统提示井下可能存在 情况。

起该现象的原因是:井壁浸泡时间过长，导致 井 起 难;避台风前3 320 % 3 725 m 段没 行短起 ，井 处理好。

根据系统 监测结果，专家提出以下建议:划眼时避免定点 ，划 井眼;起 提多放，避免 ；提高钻井k比重，保持井壁稳定。

采取以上处理措施后，实时监测结果表明:在整 个短起 程中，现 监测与系统模拟的及泵压 吻合，没 现 动。

i技术措施后，改善了井 。

通系统的应用，提前发现了可能存在的复杂情况，避免了因 为复杂情况处理不及时可能 的故。

(2)监 设计 。

.2井为大位 .平井，位比和稳斜段井斜较大，受地层因，在818”井段钻井 程中，现 据监测结果显示的 高。

图4所示为钻井过程监控果。

根据监 果 测，在 井 程可能 在 。

在 ，4 600 m左右时因套 大 法 。

采用系统的设计 模块对起 程中的 行反演。

图5所示为套 反 果。

通模拟果与实测 比，套 系数约为056。

为了减小 井 程中的 ，井柱优化为#6581+盲管400 m + :+ 5 7/&”钻杆 3 870 m+5 7/&”加重 700 m+5 7/&”钻杆150 m$。

利用系统反演的 系数对下完井 ：程中的 行模拟。

模 果表明，经 井优 ， 4 200 m 左右 ，为 54.9 kN，完井 能够满足顺利下入要求。

完井：实程 利，现井 杂情 。

用该系统，提前预测了未来作业可能发生的复杂情况，并对技术方案进行了设计预演，保了后续作的利 施。

(3)监测与决策支持。

某海上深水大位移 井X3井，13 3/"套为1 228 m，在12 井岳家平，等：中海油钻井在线实时监测与决策系统建设15601540152015001480146012 3 4提拉试验编号图，卡点位置预测结果图5套管内摩阻反演结果3结语井在线 监测 策系统能 现钻井的监测、在线诊 辅 策和设计预，具 的实用 。

钻井在线 1监测 策系统已广 用 油点的钻井 。

该套系统能够在一定程度上减少复杂事故发 ，提高事故处理能力和钻井作，降 井 。

一步发 井在线辅 策系统，其现井模拟设计软件的集成，加快系统 开发，以增强系统功能 用效果。

参考文献%1]马鹏鹏，周英超，蒋宏伟，等.现代信息技术在石油钻井 中的应用研究[J].石油天然气学报，2014, 36 (7):89-95.[2] 沈忠厚，王瑞和.现代石油钻井技术50年进展和发展趋势[J].石油钻采工艺，2003,25(5):1 -6.[3]V IE L M A W ES，M O S T I I.D y n a m ic M o d d lin g F o r W e PD e s ig n，In c r e a s in g O p e r a tio n a l M a r g in s in C h a lle n g in gF ie ld s [G].S P E172016 -M S，2014.[4]B R A T T O N T，E D W A R D S S，F U L L E R J，e t a l.A v o id in gD rillin g P r o b le m s [J].O ilfie ld R e v ie w，2001，13(2) $32-51.[5]AM INA，B A R G A C H S，D O N E G A N J，e t a l.B u ild in g aK n o w le d g e- S h a r in g C u ltu r e[J].O ilfie ld R e v ie w，2001，13(1 )：48 -65.[6]李琪.石油钻井井场计算机系统的功能描述及扩展应用[J].天然气工业，1998(1):44 -47.[7]张能.钻井在线辅助决策系统的应用[J].石化技术，2015(7): 176-177.(下转第48页）段钻进过程中出现 故。